(57)【要約】【課題】クロストークを防止、或いは、減少させる遮光体を有するイメージ・センサを提供する。【解決手段】CMOS撮像装置用の遮光体110を提供するシステムおよび方法を提供する。この遮光体110は、感光素子112と隣接する回路との間の地点を覆って形成される構造体から成る。この構造体は、感光素子112の上を覆って誘電体層212に形成された、金属，合金，金属化合物，若しくはそれと同等の遮光材料から形成される。【選択図】図１
2006237576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けた感光素子と、
前記基板上に形成される一乃至複数の誘電体層と、
複数の前記誘電体層に形成され、前記感光素子と隣接する回路との間の地点を覆って配置され、かつ前記複数の誘電体層を貫通して形成される少なくとも単一のプラグを備えた導電性材料と、から構成されることを特徴とするCMOSイメージ・センサ。
【請求項２】
前記隣接する回路が、一乃至複数の隣接する光センサ素子とスイッチングMOS電界効果トランジスタを有することを特徴とする請求項１記載のCMOSイメージ・センサ。
【請求項３】
前記導電性材料が、金属，合金，或いは金属化合物から構成されることを特徴とする請求項１記載のCMOSイメージ・センサ。
【請求項４】
前記導電性材料が、一乃至複数の層から構成されることを特徴とする請求項１記載のCMOSイメージ・センサ。
【請求項５】
第一の層が窒化チタンから構成され、第二の層がタングステンから構成されることを特徴とする請求項４記載のCMOSイメージ・センサ。
【請求項６】
前記導電性材料が、窒化チタンからなる単一の層で構成されることを特徴とする請求項１記載のCMOSイメージ・センサ。
【請求項７】
前記感光素子を覆って配置されるカラー・フィルターをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のCMOSイメージ・センサ。
【請求項８】
前記導電性材料の幅が、約0.1μｍから約0.5μｍであることを特徴とする請求項１記載のCMOSイメージ・センサ。
【請求項９】
前記導電性材料の高さが、0.3μmより高いことを特徴とする請求項１記載のCMOSイメージ・センサ。
【請求項１０】
前記導電性材料が、前記感光素子のほぼ周囲に形成されることを特徴とする請求項１記載のCMOSイメージ・センサ。
【請求項１１】
基板に設けたフォト・ダイオードおよびピン層と、
前記基板上に形成される一乃至複数の誘電体層と、
複数の前記誘電体層に形成される金属から成り、前記フォト・ダイオードと、スイッチング・トランジスタおよびリセット・トランジスタから成る隣接するMOS回路との間の地点を覆って配置され、さらに前記複数の誘電体層を貫通して形成される単一のプラグを備えた遮光体と、から構成されることを特徴とするCMOSイメージ・センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージ・センサに関するものであり、とりわけ、導電性材料から成る遮光体を有するCMOSイメージ・センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
相補型金属酸化膜半導体（CMOS）イメージ・センサは、CMOSイメージ・センサ固有の確かな利点のため、従来の電荷結合素子（CCD）を上回る人気を博しつつある。殊にCMOSイメージ・センサは、概して低電圧で動作し、電力消費が少なく、イメージ・データへのランダム・アクセスが可能であり、さらには混載CMOSプロセスにより生産することもできるし、集積単一チップ型カメラの実現を可能にする。
【０００３】
一般的に、CMOSイメージ・センサは、感光CMOS回路を利用して、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。感光CMOS回路は一般的に、シリコン基板に形成されるフォト・ダイオードから構成される。フォト・ダイオードが露光される場合、電荷がフォト・ダイオード中に誘起される。フォト・ダイオードは、主としてMOSスイッチ・トランジスタに接続され、このトランジスタは、フォト・ダイオードの電荷をサンプリングするのに利用される。感光CMOS回路の上を覆ってフィルターを配置することにより、色彩を決定することもできる。
【０００４】
CMOSイメージ・センサは、一般的にCMOSイメージ画素の配列で構成され、各CMOSイメージ画素は、トランジスタ（スイッチング・トランジスタおよびリセット・トランジスタ）、コンデンサ、感光素子（例えば、フォト・ダイオード）を有している。各画素はさらにカラー・フィルターを備えてもよく、感光素子により受取った光の色を確定している。絞りは、普通、感光素子の上を覆って形成され、他の回路から到来する光を遮光する一方で、その受光素子を露光する。
【特許文献１】特開平１１−３１７５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、絞りに対して傾斜した角度で受け入れられた光によって、回路の他の部分に電流を発生させるクロストークが原因で、CMOSイメージ・センサの性能，感度および解像度は劣化する。この結果、受取った光の大きさが不当に増幅されて、色彩があせるか、或いは画像がぼけたりする可能性がある。その上、絞りに対して傾斜した角度で受け入れられた光は、さらに隣接する画素に電流を発生させる。フィルターが使用されている場合、隣接する画素による受光電流は、各画素により受け入れられた色彩を誤って表示するという有害な結果をもたらすことになる。
【０００６】
従って、クロストークを防止、或いは減少させる遮光体を有するイメージ・センサの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の好ましい実施例により、これらの問題と、その他の問題が、全般的に解決或いは回避され、全般的に技術的な利点が達成される。本発明の好ましい実施例は、皮膜の層間剥離欠陥と接触腐食欠陥を防止、或いは減少させる金属間誘電体を有する装置と製造方法を提供するものである。
【０００８】
本発明の一つの実施例は、CMOSイメージ・センサを提供する。このCMOSイメージ・センサは、基板に設けた感光素子と、前記基板上に形成される一乃至複数の誘電体層と、複数の前記誘電体層に形成される導電性材料と、から構成され、前記導電性材料は、前記感光素子と隣接する回路との間の地点を覆って配置され、さらにこの導電性材料は、前記複数の誘電体層を貫通して形成される少なくとも単一のプラグを備えている。
【０００９】
本発明のもう一つの実施例は、CMOSイメージ・センサの形成方法を提供する。この方法は、基板上に感光素子を形成し、前記基板上を覆って複数の誘電体層を形成し、前記感光素子と隣接する回路との間の地点を覆って配置されるように、前記複数の前記誘電体層に開口部を形成し、この開口部を導電性材料で充填することからなる。
【００１０】
本発明のさらにもう一つの実施例は、CMOSイメージ・センサを提供する。このCMOSイメージ・センサは、基板に設けたフォト・ダイオードおよびピン層と、前記基板上に形成される一乃至複数の誘電体層と、複数の前記誘電体層に形成された金属から成る遮光体と、から構成され、前記遮光体は、前記フォト・ダイオードと隣接するMOS回路との間の地点を覆って配置され、さらにこの遮光体は、前記複数の誘電体層を貫通して形成される単一のプラグを備え、前記MOS回路は、スイッチング・トランジスタおよびリセット・トランジスタから構成される。
【００１１】
この概念と開示した特定の実施例は、本発明と同様な目的を達成するために、別な構造や製造方法への変更や設計の基本として、容易に利用できることは、当業者により十分理解されるであろう。添付の請求項に示すように、上記と均等な構造は、本発明の精神と範囲から逸脱しないことを、当業者は明確に理解するであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施例の好ましい製造方法と利用は、下記に詳細に検討する。本発明は、多岐にわたる特定の概念において具現され得る適用可能な多くの発明思想を、提供するものであることが理解されよう。議論される特定の実施例は、本発明を製造および使用する特定の方法を説明しているに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１３】
図１を参照すると、ここには本発明の実施例による遮光体110の平面図が示されており、この遮光体110は、感光素子112と隣接する回路との間の地点を覆って、当該感光素子112の周囲に配置される。正方形を有する遮光体110が示されているが、これは説明の目的のためだけに示されていることに留意されたい。遮光体110は、隣接する感光素子（図示せず）および／または隣接する他の回路（図示せず）をクロストークから実質的に保護すれば、どのような形状を有していても良い。例えば、遮光体110の形状は、楕円，円，長方形，八角形などでもよい。さらに遮光体110は、感光素子112を完全に包囲しなくともよく、従って、感光素子112の周囲で不連続であってもよい。
【００１４】
感光素子112は、光エネルギーに晒されると電流を発生するものであれば、どのような素子でもよい。例えば感光素子112は、PN接合フォト・ダイオード，PNPフォト・ダイオード，NPNフォト・ダイオード，若しくは同等のものを形成するために、基板にイオン打ち込み法による不純物打ち込みを行なうことで、形成されてもよい。本発明の好ましい実施例では、PNPフォト・ダイオードを使用し、例えば感光素子112は、Ｎ型領域に形成されるＰ型ピン層から構成してもよく、前記Ｎ型領域はＰ型半導体基板上に形成される。
【００１５】
図１の矢印で方向を示すごとく、遮光体110の外部から到来する光は反射され、その結果、遮光体110の外部から到来する光の感光素子112に与える影響が防止或いは減少される。この特別な作用は、感光素子112の表面に対し傾斜した角度をもって到来する光に関して特に有効であり、感光素子112が、隣接するセルからの光による影響を受けることを防止する。さらに、感光素子112により検出されるべき光が、隣接するセルに影響を及ぼすことを防止する。
【００１６】
下記に詳細に亘って検討するが、遮光体110は、通常は基板に形成される感光素子112の上にある一乃至複数の金属層に配置される。一つの実施例においては、遮光体110は、一乃至複数の金属間誘電体層を貫通して形成されるビアから成る。別な実施例においては、遮光体110は、ビアにより相互接続される金属配線であってもよい。両実施例において、遮光体110は、金属，合金，金属化合物，若しくは同等のもので形成されるのが好ましい。これらの材料は、遮光体を通過して隣接する感光素子および／または回路に達する光量を防止、或いは減少させるような、比較的高反射率を有するものであることが分かっている。さらに、これらの材料を使用することは、通常の工程（プロセス）ステップ中に、僅かな工程ステップを追加したり、さもなければ工程ステップを追加することなく、遮光体110の組立てを可能にする。より正確に言えば、通常のプロセスにおいて使用されるマスクおよびパターンを変更することにより、遮光体110を形成することが可能である。
【００１７】
好ましい実施例において、図１に示す感光素子112は、単独の素子（例えば、フォト・ダイオード）を備えている。他の回路（スイッチング・トランジスタ、リセット・トランジスタなどのMOS回路）は、遮光体110の外側に配置され、この他の回路が光に曝されたり、光の影響を受けたるすることを防止するのが好ましい。この他の回路は、しかしながら、遮光体内に配置されてもよい。さらに、隣接する回路が、一乃至複数の隣接する光センサ素子とスイッチングMOS電界効果トランジスタを有していてもよい。
【００１８】
図２は、本発明の実施例に基づく遮光体の第一実施例における断面図である。この断面図は、図１のＡ−Ａ線に沿って作成されたものである。図２に示すように、感光素子112は、基板210に形成される。基板210は、シリコン，ゲルマニュウム，シリコン・ゲルマニュウム，傾斜型シリコン・ゲルマニュウム，セミコンダクタ・オン・インシュレータ，カーボン，水晶，サファイア，ガラス，若しくは同等のもので形成され、多層化（例えば、ひずみ層）されたものでもよい。感光素子112がPNPフォト・ダイオードである実施例においては、基板210がＰ型（或いは、Ｐウェルを含んだ）基板となる。
【００１９】
層間誘電体（ILD）層212は、基板210上を覆って形成される。ILD層212は、例えば、酸化シリコン，リン・シリケート・ガラス（PSG），ボロン・リン・シリケート・ガラス（BPSG），フッ化シリケート・ガラス（FSG），若しくは同等の低誘電率材料から、従来技術で知られている任意の適切な方法により形成される。一つの実施例では、ILD層212は、テトラエチル・オルソシリケート（TEOS）と酸素を前躯体として使用して、化学的気相堆積法（CVD）により形成される。ILD層212は、約2500Åから約10000Åの間の厚さが好ましい。またILD層212として、その他の厚さおよび材料を使用してもよい。
【００２０】
一乃至複数の金属間誘電体（IMD）層214が、ILD層212の上を覆って形成される。IMD層214は、例えば、フッ化シリケート・ガラス（FSG），カーボンドープ・フッ化シリケート・ガラス，カーボンドープ・酸化シリコン（例えば、カリフォルニア州、サンタ・クララにあるアプライド・マテリアル社製のブラック・ダイヤモンド（登録商標）），若しくは同等の低誘電率材料から、従来技術で知られている任意の適切な方法で形成される。一般的に、IMD層214は一乃至複数の層からなり、種々のエレクトロニクス部品間の導通を可能にする導電性配線（図示せず）を、その上部に形成してもよい。一つの好ましい実施例において、IMD層214は、従来方法で形成される高密度プラズマ（HDP）酸化物、或いは同じく従来方法で形成されるプラズマ（PE）酸化物から形成してもよい。しかしながら、IMD層214として、他の種類の誘電体材料を使用してもよい。IMD層214は、約2000Åから約8000Åの間の厚さが好ましい。
【００２１】
保護層216は、IMD層214の上を覆って形成される。この保護層216は、最上部の金属層の上を覆って形成され、この金属層を保護する（当該金属層は、図２に示されていない）。保護層216は、例えばHDP酸化物，PE酸化物，PEナイトライド，或いはこれらの組み合わせのような、IMD層214と同じもので、従来の方法で形成される誘電体材料からなる。保護層216は、約2000Åから約10000Åの間の厚さが好ましい。
【００２２】
その後、遮光体110が形成される。遮光体110は、一乃至複数の保護層216とIMD層214とを貫通して形成される少なくとも単一のプラグ（埋込部）である連続障壁を備えるのが好ましく、また反射特性の良い材料から形成されるのが好ましい。図２に説明する実施例において、保護層216とIMD層214に、開口部をドライエッチング処理により形成してもよく、このドライエッチング処理は、開口部の深さを、エッチング処理時間により制御する。開口部は、約0.1μmから0.5μm間の幅を有するのが好ましいが、約0.2μmの厚さがより好ましい。代わりの実施例において、ILD層212が部分的或いは完全に除去されるように、保護層216，IMD層214およびILD層212における開口部を、ドライエッチングにより形成してもよい。
【００２３】
ILD層212，IMD層214および保護層216の間にエッチング停止層を配置してもよく、また配置しなくともよい。好ましい実施例においては、これらの層間には、エッチング停止層は形成されていない。この実施例において、単一の工程ステップで開口部をエッチングしてもよい。しかしながら、エッチング停止層を利用する場合は、エッチング工程を複数のエッチングステップで構成してもよく、誘電体層とエッチング停止層とを貫通してエッチングが行われる。
【００２４】
開口部の形成が終了すると、この開口部は、導電性材料即ち光阻止材218で充填される。光阻止材218は、その反射特性により、金属，合金，金属合成物，若しくは同等のものが好ましい。導電性材料の幅は、約0.1μｍから約0.5μｍの間が好ましく、その高さは0.3μmより高いことが好ましい。一実施例においては、この開口部は、化学的気相堆積法（CVD）のプロセスを使用して、例えば単一の層のTiN（窒化チタン）で充填される。タングステンなどの他の材料や耐熱金属、或いはこれらの組み合わせを使用してもよい。
【００２５】
表面に堆積する余剰材料を、化学機械研磨（CMP）やプラズマ・エッチ・バックのような処理によって除去してもよい。例えば、感光素子112の上方に堆積されることがある光阻止材218は、その感光素子112に光を到達させるために、除去されなければならない。受光素子112の上方に位置していない領域の保護層216表面には、光阻止材218が残留してもよく、この結果、光が感光素子112周囲の他の回路へ及ぼす悪影響を、減少或いは防止することに注目すべきである。
【００２６】
図３は、本発明の実施例による遮光体の、第二実施例の断面図である。この断面図は、図１におけるＡ−Ａ線における断面図である。この実施例は、遮光体110が、多層構造から構成される以外は、図２に示す実施例に類似している。図２においては、同様の参照番号は、同様の要素を参照するものである。特に図３における遮光体110は、第一の層310と第二の層312とから構成される。幾つかの工程の中で、この種の構造は、CMOSイメージ・センサを作成するのに既に実行された各工程ステップと、より一貫して両立することが可能である。例えば、阻止／接着層（例えば、第一の層310）の上に導電性層（例えば、第二の層312）を形成することは、ビアと相互接続部にとって共通なことである。共通するプロセスと構造を利用することで、僅かな工程ステップを追加したり、さもなければ工程ステップを追加することなく、遮光体110を形成することが可能になる。
【００２７】
一つの実施例において、第一の層310は、チタン，窒化チタン，タンタル，窒化タンタル，若しくは同等のものからなる一乃至複数の層で形成され、CVD法によって約100Åから約1000Åの結合厚さに堆積される。第二の層312は、金属，合金，金属化合物，若しくは同等のものからなる不透明材料、或いはタングステンまたはアルミニュウムなどの反射材料で形成される。第二の層312がタングステンで形成される典型的な実施例において、従来技術であるCVD法や、或いはスパッタ法により、第二の層312を堆積してもよい。
【００２８】
図２を参照して上記に説明した保護層216の表面から、第一の層310と第二の層312の余剰材料を除去するために、一つのエッチング工程、若しくは複数のエッチング工程を利用してもよい。
【００２９】
以上、本発明とその利点を詳細に説明したが、添付される請求項により規定される本発明の精神と範囲から逸脱することなく、ここに種々の変更，置換，代替が可能となる。例えば、様々な種類の材料や方法を、本発明の範囲内で可能である。
【００３０】
さらに、本発明の範囲を、明細書で説明したプロセス，装置，製造，物体の組合せ，手段，方法とステップについての特別な実施例に限定する意図はない。本発明の開示から当業者が理解するように、現存する若しくは将来開発される同一の機能を当業者がほぼ実行し、或いは、ここに説明した実施例に相当するとものと同じ機能を実行し、同じ結果を実現するプロセス，装置，製造，物体の組合せ，手段，方法あるいはステップを、本発明により利用してもよい。従って、添付の請求項は、こうしたプロセス，装置，製造，物体の組合せ，手段，方法あるいはステップの範囲内を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例による遮光体を有する感光素子の平面図である。
【図２】本発明の第一実施例による遮光体を有する感光素子の断面図である。
【図３】本発明の第二実施例による遮光体を有する感光素子の断面図である。
【図４】本発明の第三実施例による遮光体を有する感光素子の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
110  遮光体（導電性材料）
112  感光素子
210  基板
212，214  誘電体層
310  第一の層
312  第二の層
【図１】
2006237576.tif 000003
【図２】
2006237576.tif 000004
【図３】
2006237576.tif 000005
【図４】
2006237576.tif 000006